高壓深水下圍堰裂縫及其處理方案分析

韋丘德　李勤武

作者簡介：

韋丘德（1988—），碩士，工程師，研究方向：交通工程質(zhì)量檢測;

李勤武（1994—），碩士，工程師，研究方向：交通工程質(zhì)量檢測。

摘要：文章結(jié)合廣西某橋梁圍堰基樁施工實例，分析了該橋梁圍堰出現(xiàn)涌水裂縫的原因和修補難點，比選出有利的修補處理方案，并介紹了工藝實施要點與修補效果，可為類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞：涌水裂縫;高壓深水;鉆孔灌漿;承載力檢測

中國分類號：U443.16+2A341253

0 引言

在現(xiàn)代化的水利、水電站大壩、水庫和橋梁建設(shè)中，混凝土結(jié)構(gòu)是不可或缺的，而裂縫作為混凝土結(jié)構(gòu)的一種病害，是一個廣受關(guān)注的研究課題?；炷两Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫大致受工程設(shè)計、材料本身、外界環(huán)境和施工工藝等因素的影響[1]。我國對混凝土結(jié)構(gòu)裂縫處理技術(shù)在水利、水電站大壩、水庫和橋梁等方面的應(yīng)用研究取得了很大的成果[2-5]。本文分析了廣西某橋梁圍堰出現(xiàn)涌水裂縫的原因和修補難點，針對實際情況比選出有利的修補處置方案，達到了預(yù)期效果，為類似工程裂縫修補加固提供了技術(shù)參考。

1 工程簡介

廣西某橋梁為連續(xù)鋼構(gòu)橋，設(shè)計橋長為588.02 m、橋?qū)挒?5.5 m。其中3#、4#墩承臺設(shè)置在河床以下，采用雙壁無底鋼套箱圍堰，圍堰封水底板設(shè)計使用C30混凝土材料，底板厚度為2.0 m?；鶚秱?cè)面淺部采用鋼護筒護壁，鋼護筒與圍堰底板未采用鋼材料進行焊接，地基淺部為透水性卵石層，水面距離圍堰底板13 m左右。在橋梁基樁施工完畢后，圍堰內(nèi)的一根基樁被參建單位和質(zhì)監(jiān)部門抽選做基樁承載力檢測。在檢測力值剛好加載至規(guī)范驗收基樁承載力（33 644 kN）時，圍堰底板和基樁側(cè)面脫開而產(chǎn)生了裂縫，在圍堰外側(cè)13 m高差水壓的作用下，裂縫進一步張開，導(dǎo)致圍堰外側(cè)河水和少量泥沙通過其底部透水性卵石層和該裂縫涌入圍堰內(nèi)。因此，該事故導(dǎo)致了檢測工作的中斷，并極大地影響了下一步墩柱的施工進度。為了趕在汛期前完成下構(gòu)的施工，需要盡快對裂縫進行修補加固處理。

2 裂縫特點、產(chǎn)生原因及修補難點分析

2.1 裂縫的特點

根據(jù)潛水員反映情況可知，在圍堰底板靠近基樁側(cè)面處有多條涌水裂縫，寬度為0.5～3 cm，最長約為60 cm。從圍堰底板涌水的情況可知，這些裂縫為貫穿性張拉裂縫，主要產(chǎn)生在混凝土與鋼護筒之間，而裂縫是否在樁側(cè)周圍全部發(fā)育有待檢驗。

2.2 裂縫產(chǎn)生原因分析

根據(jù)設(shè)計圖紙分析可知，產(chǎn)生裂縫的主要原因有：（1）基樁和圍堰底板之間缺少應(yīng)有的固定結(jié)構(gòu)，鋼護筒與混凝土兩種介質(zhì)之間的結(jié)合力比較小;（2）基樁與樁周巖土的摩阻力比實際勘察資料提供的經(jīng)驗值要小。

2.3 裂縫修補難點分析

根據(jù)質(zhì)監(jiān)部門要求，在完成裂縫修補后還需要對該樁的承載力繼續(xù)進行檢測。因此，修補該裂縫不僅需要保證不出現(xiàn)二次嚴(yán)重滲漏，還需要確保修補后圍堰底板和基樁之間的摩阻力要比檢測時該部位承擔(dān)相應(yīng)的力值>1.2倍。

同時，該圍堰內(nèi)壁寬度為8.9 m，基樁側(cè)面距離圍堰邊最近有1.0 m。該段流域水流速度較快，涌水后圍堰內(nèi)外的水面已經(jīng)平衡，水面距離圍堰底部約為10 m。河床底下主要為卵石層，因此，裂縫處于深水環(huán)境下，裂縫內(nèi)會含有泥沙，裂縫也比較寬，如果圍堰內(nèi)外的水壓不一致，將會造成裂縫進一步擴大，而且在圍巖上搭設(shè)機械平臺也比較困難。

3 裂縫修補方案比選

針對該圍堰內(nèi)裂縫處理的原則是以堵漏為主，并考慮補強加固基樁和圍堰之間的阻力，以避免二次處理。同時，要選擇適當(dāng)?shù)氖芰Γㄒ丝刂圃?.7 MPa以內(nèi)）以減少對圍堰底板的作用，避免裂縫進一步擴大。

修補混凝土裂縫的方法主要根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)功能的要求、開裂原因、裂縫結(jié)構(gòu)和環(huán)境因素等確定，常見的修補方法主要有填充法、表面處理法、結(jié)構(gòu)加固法、灌漿法[6]等。這四種方法均屬于裂縫全面修復(fù)的技術(shù)，而填充法和表面處理法是針對淺部寬度較小的裂縫，當(dāng)結(jié)構(gòu)裂縫寬度>1 mm，發(fā)展較深，甚至是貫穿性發(fā)展時，則更適合采用結(jié)構(gòu)加固法和灌漿法。

根據(jù)本工程裂縫的特點，對結(jié)構(gòu)加固法和灌漿法進行綜合比選（見表1）。

由表1可知，這兩種方法各具優(yōu)缺點，都能夠解決涌水裂縫并且不影響圍堰長期使用。綜合考慮對后期施工的影響以及整體修補質(zhì)量，擬選采用灌漿法。

修補裂縫的灌漿材料主要以有機高聚合物為主。目前市場上高分子聚合物材料主要有環(huán)氧樹脂、硅酸鈉（水玻璃）、有機硅、丙烯酸樹脂、聚氨酯等。在水下進行修補，要求灌漿材料不能完全溶于水但又必須具備一定的親水性[7]，且必須具有抗分散性、流動性、凝結(jié)時間可以調(diào)節(jié)的特點。LW水溶性聚氨酯具有彈性止水和以水止水的功能，對水質(zhì)適應(yīng)性比較強;水泥水玻璃漿液的凝膠時間可以任意調(diào)節(jié)，并且結(jié)石率高、結(jié)石強度高[8]。因此，選擇LW水溶性聚氨酯作為止水材料，選擇水泥水玻璃漿液作為加固材料。

布置鉆孔原則：

（1）可以適當(dāng)破壞鋼護筒（不承載橋梁荷載作用）露出基樁混凝土面以增加圍堰底板混凝土和基樁之間的粘合力。

（2）盡量減少鉆孔數(shù)量，以滿足堵水和加固為主要原則。

4 工藝實施

（1）止水：在裂縫位置靠近基樁側(cè)面布置2～3個豎向鉆孔，深度至圍堰底板厚度的2/3，將圍堰底板和基樁接觸的底面裂縫封住，灌漿壓力為0.5～0.6 MPa。因為圍堰底板已經(jīng)漏水，因此漿液必須加入絮凝劑加快其凝固時間，并間歇性進行灌漿。在灌漿過程中發(fā)生串漿時可同時在幾個孔內(nèi)進行灌漿。以吸漿率<0.03 L/min作為停止灌漿標(biāo)準(zhǔn)。

（2）加固圍堰底板和基樁側(cè)面阻力：待上述灌漿材料凝結(jié)并且達到最終強度后，布置4～5個斜向鉆孔，均勻分布于基樁周圍，深度至圍堰底板厚度的1/2處與基樁側(cè)面相交，灌漿壓力為0.4 MPa。以吸漿率<0.2 L/min作為停止灌漿標(biāo)準(zhǔn)。

（3）檢查灌漿效果質(zhì)量：完成灌漿7 d后，在騎縫處淺部鉆取一組芯樣（試件尺寸為直徑70 mm，長70 mm）至室內(nèi)做抗壓試驗，達到強度≥25 MPa后才開始抽干圍堰內(nèi)的水。

在經(jīng)過灌漿處理和試件達到強度要求后，將圍堰內(nèi)的水慢慢抽出直到抽干，圍堰底板的涌水或滲水狀況已經(jīng)消失。最后在檢測承載力達到33 644 kN（±15 kN）情況下，均未出現(xiàn)裂縫繼續(xù)發(fā)展異常。這表明裂縫修補效果顯著，達到了預(yù)期的目的，為類似的漏水裂縫修補設(shè)計提供了資料參考。

5 結(jié)語

（1）由本工程圍堰裂縫產(chǎn)生的原因分析可知，基樁本身的承載力與基樁和圍堰底板結(jié)構(gòu)之間的阻力應(yīng)當(dāng)分別考慮，在進行驗算滿足條件后方可進行承載力檢測，否則應(yīng)進行加固。

（2）文中基樁與圍堰封水底板深處裂縫空隙是比較復(fù)雜的，對漏水裂縫進行修補處理時，需要分析裂縫的特點和所處的環(huán)境后再“對癥下藥”。本文考慮了基樁與圍堰封水底板的整體加固，而不僅只針對表面裂縫的位置進行修補，取得了預(yù)期的修補效果。

參考文獻：

[1]楊長輝，王 川，吳 芳.混凝土塑性收縮裂縫成因及防裂措施研究綜述[J].混凝土，2002（5）：33-37.

[2]刁樹廣，徐遠鴻.樂灘水電站一期碾壓混凝土圍堰裂縫灌漿設(shè)計[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2010（2）：47-49.

[3]孫朝輝.某連續(xù)剛構(gòu)橋腹板斜裂縫分析及處理措施[J].中外公路，2016（6）：176-178.

[4]李九紅，徐建光，王延斌，等.混凝土大壩裂縫灌漿處理效果研究[J].水力發(fā)電學(xué)報，2007（6）：63-68.

[5]張志權(quán)，邵繼鋼，劉建維.箱梁底板縱向裂縫對結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響研究[J].中外公路，2017（4）：73-76.

[6]廖文強.動水下混凝土裂縫用水泥基灌漿材料研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2014.

[7]孫志恒，魯一暉.混凝土大壩水下裂縫修補技術(shù)[J].水力發(fā)電，2004（11）：65-67.

[8]胡國兵.水泥、水玻璃漿液在錦屏工程涌水封堵中的應(yīng)用[J].人民長江，2009（21）：32-34.

3408501908256